鐵路工程施工期水環(huán)境污染分析與控制

封國強

（中國鐵路設(shè)計集團有限公司 機械動力與環(huán)境工程設(shè)計研究院，天津300308）

水環(huán)境保護是鐵路工程施工期環(huán)境保護的重要內(nèi)容之一,涉及施工生產(chǎn)生活的多個方面,既有施工生產(chǎn)污水,也有施工人員生活污水,污水來源和性質(zhì)復(fù)雜多樣,處理工藝及要求各不相同。近年來,針對隧道施工廢水的環(huán)境影響及應(yīng)對措施開展了多項研究[1-4],如何對施工期生產(chǎn)生活污水的性質(zhì)、數(shù)量及處理方案進行調(diào)查和分析總結(jié),以利于規(guī)范和提升施工期水環(huán)境保護效果,是需要進一步深化研究的課題。

1 施工期污水水質(zhì)監(jiān)測

鐵路工程施工中產(chǎn)生的污水大致可以分為施工營地施工人員日常生活產(chǎn)生的生活污水、大型臨時施工場地(制(存)梁場、混凝土拌和站等)機械沖洗產(chǎn)生的沖洗污水及隧道施工污水。

1.1 施工營地生活污水

施工營地生活污水是施工人員日常生活產(chǎn)生的污水,以洗滌污水、糞便污水和食堂清洗污水為主,主要污染物包括化學(xué)需氧量(CODCr)、動植物油、氨氮(NH3-N)、懸浮物(SS)等。此次調(diào)查實測了鹽城—南通鐵路、南昌—景德鎮(zhèn)—黃山鐵路、杭州經(jīng)紹興至臺州鐵路的多處施工營地,統(tǒng)計施工營地生活污水產(chǎn)生量為每人每天0.15～0.40 m3；實測化糞池污水水質(zhì)情況如下：CODCr為225～414 mg/L、SS為182～256 mg/L、動植物油為51～98 mg/L、氨氮為24～44 mg/L、pH為7.1～8.8,與一般城市生活污水水質(zhì)相當。

1.2 沖洗污水

混凝土拌和站是鐵路施工必備的大型臨時工程,施工中所需的現(xiàn)澆混凝土均在拌和站拌制,由運輸車輛運送至工地(或梁場制梁)。運輸車輛罐體的定期清洗會產(chǎn)生高懸浮物、高砂石的沖洗污水,懸浮物以水泥、泥沙為主。根據(jù)對上述鐵路的現(xiàn)場調(diào)查和實測,每臺混凝土運輸車的沖洗污水量約為0.5 m3/次。沖洗水SS濃度普遍大于5 000 mg/L,水質(zhì)一般呈現(xiàn)明顯的堿性(pH值≥10),砂石含量大。

制梁場、拌和站、鋪軌基地等大型臨時工程的進出口一般設(shè)有車胎清洗設(shè)施,包括清洗水池和加壓沖洗設(shè)備,沖洗作業(yè)產(chǎn)生的污水含高懸浮物及少量油污,污水水質(zhì)隨處理的車輛變化范圍較大[5]。實測洗車污水的污染物情況如下：CODCr為180～482 mg/L、SS為887～2 520 mg/L、石油類為8～43 mg/L、pH為6.2～9.5。

1.3 隧道施工污水

隧道施工污水是隧道掘進過程中鉆孔爆破及混凝土養(yǎng)護作業(yè)產(chǎn)生的冷卻水、養(yǎng)護水、滲漏地下水混合巖石粉末、水泥、少量油污、爆炸后化合物等形成的混合體,隧道施工污水的主要污染物為SS、少量油污和氨氮。隧道施工污水量主要由3個部分組成：鉆孔作業(yè)的噴水量、爆破后的灑水量和隧道涌水量。其中,鉆孔作業(yè)的噴水量和爆破后的灑水量由施工工藝確定,可預(yù)測性較強；地下水滲漏量隨地下水賦存及地質(zhì)情況變化大。污水水質(zhì)隨施工進程變化較大,在某個范圍內(nèi),以某個工程特定時段的水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)并不能準確預(yù)測其他工程或其他時段的具體水質(zhì)。因此,要準確確定隧道施工污水的水質(zhì),定點定時的取樣監(jiān)測不可或缺。

隧道的地層巖性也是隧道施工污水的決定性因素之一。砂巖、花崗巖等粗顆粒巖巖層產(chǎn)生的污水中懸浮物濃度會較小,而泥巖、板巖、灰?guī)r等細顆粒巖巖層產(chǎn)生的污水中懸浮物較多,這與掘進產(chǎn)生的巖石顆粒是否容易在水中沉淀或懸浮有關(guān)。油污主要來源于施工機械滴漏和被水沖刷,氨氮主要來源于爆破炸藥爆炸后產(chǎn)生的由于污水中混合水泥、爆炸化合物等成分,水質(zhì)往往呈現(xiàn)明顯的堿性特征。雖然實際工程的隧道污水監(jiān)測數(shù)據(jù)不具有非常好的代表性,但調(diào)查監(jiān)測了若干處隧道污水的實測數(shù)據(jù)作為參考。從監(jiān)測數(shù)據(jù)可以看出,隧道施工污水的水質(zhì)變化范圍大,很難界定在一定范圍之內(nèi),部分隧道施工污水水質(zhì)如表1所示。

表1 隧道施工污水水質(zhì)情況

2 施工污水處理工藝調(diào)查與分析

2.1 施工營地生活污水

施工營地生活污水最常見和最簡易的處理方案是設(shè)置大型化糞池集中存放,定期外運至城市污水管網(wǎng)。這一方案無需污水處理和外排等環(huán)節(jié),適用于人口稠密、地形平坦、沒有外排條件或環(huán)保不允許外排的情況。缺點是需要修建較大容量的化糞池,并委托外部機構(gòu)定期清運。實施這一方案的重點是確定化糞池的容量。同時,為了防止污水滲漏,修建的化糞池應(yīng)做防滲處理,避免污水滲漏污染地下水。此外,因雨水的大量進入可能導(dǎo)致污水外溢、污染環(huán)境,施工營地的污水系統(tǒng)也應(yīng)防止雨水進入。地處荒漠偏遠的施工營地,可以考慮對生活污水適當處理后排放,排放執(zhí)行標準應(yīng)咨詢當?shù)丨h(huán)境保護主管部門或查閱本工程的環(huán)境影響報告書及其批復(fù)。適用標準可能包括但不限于《污水綜合排放標準》(GB 8978—1996)[6]、《農(nóng)田灌溉水質(zhì)標準》(GB 5084—2005)等。

生活污水中有機污染物含量高,可生化性強,一般采用生化方法處理,常用處理工藝有生物處理法、生物接觸氧化法等。由于施工營地生活污水具有臨時、量小的特點,選擇小型的一體化生化處理設(shè)備較為適宜。對于北方寒冷地區(qū),在選擇生化處理設(shè)備時應(yīng)考慮北方冬季低氣溫狀態(tài)下的運行效果,避免冬季處理效果的下降。

因型號不同,小型一體化污水處理設(shè)備的處理能力為1～100 m3/d,處理工藝主要為生物膜法。生物膜法適用于水量較小、水質(zhì)較為穩(wěn)定的低濃度污水水質(zhì),由于生物膜培養(yǎng)較快(一般夏天為7~10 d,冬天為15~20 d),系統(tǒng)調(diào)試好后運行穩(wěn)定,可操作性較強,出水水質(zhì)一般可滿足《污水綜合排放標準》(GB 8978—1996)二級排放標準。對于要求排放標準更高的地區(qū),可考慮在后部增加過濾和消毒等工藝。小型一體化污水處理設(shè)備安裝操作較為簡便,占用空間較小,但對于寒冷地區(qū)冬季需要保溫采暖以保持微生物的活性。

2.2 沖洗污水

混凝土運輸車罐體的沖洗污水呈現(xiàn)高砂石、高懸浮物特征,懸浮物以水泥、泥沙等微小顆粒物為主。處理工藝普遍采用多級沉淀,處理后循環(huán)使用。沉淀池的級數(shù)和容積選擇是確定處理設(shè)施的關(guān)鍵。此外,為保證沉淀池的沉淀效果,沉淀池設(shè)置應(yīng)注意以下方面：①每格長寬之比不宜小于4,長深之比不宜小于8；②池數(shù)或分格數(shù)一般不少于2個；在總池長范圍內(nèi)適當增加分格數(shù),有利于提高沉淀效果；③池底縱坡不宜小于1%；④沉淀池應(yīng)定期清掏,防止沉淀物堆積過多影響沉淀池的沉淀效果。

標準的混凝土運輸車罐體沖洗污水應(yīng)先通過砂水分離機進行砂水分離,清除大粒徑的砂石后再進入沉淀池。砂水分離機可以提前分離大粒徑的砂石,大幅減少沉淀池的淤積和沉淀壓力,增加沉淀池的清掏周期。制梁場、拌和站在混凝土用砂石含泥量超標時需要對砂石進行清洗,清洗污水一般也需要經(jīng)過砂水分離機后沉淀循環(huán)使用。

2.3 隧道施工污水

國內(nèi)隧道施工污水的處理現(xiàn)狀多為沉淀池處理,難于做到達標排放。針對隧道施工污水的特點,需實施對癥的污水處理措施。高懸浮物的處理一般采用絮凝沉淀法,絮凝劑的使用與否及添加的劑量視懸浮物的顆粒大小及濃度而定。隧道污水的堿性一般采用中和法處理,即投加一定數(shù)量的酸進行中和。油污部分一般可以結(jié)合沉淀池的設(shè)置,在末端增加隔油設(shè)施。NH4+的含量一般較低,大部分情況下不需要特殊處理。特殊情況下,可以增加曝氣設(shè)備增加水中氧氣的含量,加速NH4+的硝化,此舉同時也利于油污的上浮,提高油污的去除率。

（1）隧道施工污水量的估算。隧道施工污水的沉淀隔油池設(shè)計主要與施工污水的產(chǎn)生量有關(guān)。隧道施工污水的來源包括鉆孔冷卻、混凝土養(yǎng)護、降塵及地下水滲漏[7],準確預(yù)測水量存在很大的不確定性,《鐵路隧道工程施工期生產(chǎn)廢水處理技術(shù)管理手冊》中給出了各類污水的估算方法,實際操作中可參考使用。

（2）隧道施工污水的處理工藝。隧道施工污水的處理工藝一般包括預(yù)沉、隔板沉淀、調(diào)節(jié)沉淀、排放等。典型的隧道污水處理工藝流程如圖1所示。具體到特定的隧道工程,應(yīng)結(jié)合隧道污水的特點區(qū)別對待,通過增減相應(yīng)的處理工藝流程實現(xiàn)污水的達標處理。

（3）隧道施工污水處理設(shè)計。隧道施工污水處理相對復(fù)雜,應(yīng)進行專業(yè)的詳細設(shè)計。非專業(yè)的現(xiàn)場簡易處理往往不能達到應(yīng)有的處理效果。詳細設(shè)計中應(yīng)特別注意以下方面：①隧道施工污水應(yīng)先經(jīng)過預(yù)沉池,預(yù)沉大顆粒的沙石和攔隔大塊漂浮物；②可以通過在隔板沉淀池和調(diào)節(jié)沉淀池中加設(shè)浮油攔截和收集裝置將石油類中的大部分浮油去除；③通過隧道巖性預(yù)判隧道污水的水質(zhì),提前考慮處理工藝的預(yù)留和調(diào)整,如果是特殊巖性隧道應(yīng)予特殊處理,如碳質(zhì)板巖隧道的污水具有高懸浮物、高色度特征,普通的混凝沉淀處理效果不佳,出水色度、懸浮物不能達標,排水出口下游污染跡象明顯；④隧道施工污水的處理標準及工藝應(yīng)結(jié)合周邊受納水體的功能分類考慮,環(huán)境敏感區(qū)及《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》(GB 3838—2002)劃定的Ⅱ類以上水體不得外排,Ⅲ類及以下水體達標排放。

3 施工污水處置方案及建議

綜上分析,鐵路工程施工期污水主要包括施工營地生活污水、大臨工程設(shè)備沖洗污水和隧道施工污水,污水性質(zhì)各有特點,控制好這些污水的處理、排放和再利用,才能對污水進行合理控制和有效管理,實現(xiàn)污水的達標排放和水環(huán)境保護。

（1）施工營地生活污水。優(yōu)先推薦設(shè)置大型化糞池集中存放,定期外運至城市污水管網(wǎng)。確實只能現(xiàn)場外排的,建議選用小型一體化處理設(shè)備處理達標后排放,并盡可能在營地自身范圍內(nèi)灑掃、灌溉、綠化使用。

（2）施工機械沖洗污水。機械和車輛沖洗污水一般設(shè)多級沉淀池處理后循環(huán)回用,正常情況下無污水外排。防止雨水匯入導(dǎo)致沖洗污水外溢,是沉淀池設(shè)置應(yīng)特別考慮的因素之一。

（3）隧道施工污水。隧道施工污水的處理工藝一般包括預(yù)沉、隔板沉淀(隔油)、調(diào)節(jié)沉淀(隔油)、排放,并可根據(jù)實際污水特點增減處理工藝。由于隧道施工污水相對復(fù)雜,一般應(yīng)提前進行專業(yè)的詳細設(shè)計。